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试论大体积砼施工裂缝控制对策研究

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  【论文关键词】大体积砼 冬季施工防裂 温度应力 蓄热保温 
  【论文摘要】随着我国建筑业的发展,高层建筑、超高层建筑不断涌现,各种大型场馆不断投入建设,高层建筑的箱形基础或筏形基础都有大体积的砼结构,还常有深梁以及转换层、转换大梁,这些结构对砼的施工技术提出了更高的要求,施工企业在具体施工过程中,常常出现裂缝问题,并且近年来日趋增多。 
  某工程总建筑面积14万m2,根据工程进度安排,该基础砼属于冬季大体积砼施工。其中A楼主楼地上29层、地下2层,深基坑砼为C40P8,基坑砼最深处达6.0m,一次性浇筑约2500m3;B楼主楼地上44层、地下2层,深基坑砼为C40P8,基坑砼最深处达6.9m,一次性浇筑约4500m3。本文结合该工程就有关大体积砼浇筑常见的裂缝控制问题进行较深入的研讨。 
  1.大体积砼温度和温度应力计算 
  1.1砼内部最高温升值 
  该温度为基础底板砼内部中心点的温升高峰值,该温升值一般都略小于绝热温升值,一般在砼浇筑后3d左右产生,以后趋于稳定不再升温,并且开始逐步降温。由于砼内部最高温升值为69℃,因此将砼表面的温度控制在44℃左右,这样砼内外温差不会超过规范规定的25℃,表面温度的控制可采取调整保温层的厚度得以实现。 
  1.2温度应力计算 
  在砼浇筑后水化热值达到最大时,计算此时由温差和收缩差引起的温度应力。采用425号硅酸盐水泥拌制的砼,在养护温度20℃左右,龄期18d的强度可达到设计强度的85%左右,掺加了JM-3防水剂后,龄期18d的强度可达到设计强度的95%以上。C40砼的抗拉强度设计值为1.71MPa/mm2,设计强度的95%为1625N/mm2。 
  砼表面温度在18~20℃,水化热引起最高温度的天数在浇筑砼后3~5d,所用水泥为425硅酸盐水泥,强度为37%~50%,相当C20强度。如温差控制在:△T=T1-T2=69-44=25℃H(t)=0.35σ1(+)=1.0×10-5×2.246×104×25/2×0.35=0.981.1(N/mm2)符合要求。如温差△T控制在25℃以上如30℃时,H(t)=0.35σ1=1.0×10-5×2.246×104×30/2×S(t) 
  =1.18N/mm21.1Ν/mm2(承台则会开裂)。 
  2.大体积砼冬季施工准备工作 
  2.1材料选择 
  2.1.1水泥 
  普通水泥水化热较高,在砼内部温升过高,与砼表面产生较大的温差,使砼内部产生压力,表面产生拉力。当表面拉力超过早期砼抗拉强度时就会产生温度裂缝,通过掺加合适的外加剂可以改善砼的性能,并提高砼的抗渗能力。 
  2.1.2外加剂 
  通过分析比较及过去在其他工程上的使用经验,四季仁恒项目采用JM-3砼防水剂,掺量为水泥重量的8%,该防水剂能明显提高硬化后的砼抗渗性能,同时还具有防水、降低水化热峰值、对砼收缩有补偿功能,可提高砼的抗裂性。 
  2.2现场准备工作 
  2.2.1基础承台钢筋及柱、墙插筋应分段尽快施工完毕,并进行隐蔽工程验收。 
  2.2.2将基础底板上表面标高抄测在柱、墙钢筋上,并作明显标记,供浇筑砼时采用。 
  2.2.3浇筑砼时预埋的测温管及保温所需的塑料薄膜、草袋应提前准备好。 
  2.2.4管理人员、施工人员、后勤人员、测温人员、保温人员等昼夜排班,坚守岗位,各负其责,保证砼连续浇筑的顺利进行。 
  3.大体积砼冬季施工措施 
  3.1砼浇筑 
  3.1.1砼采用商品砼,用砼输送泵将砼泵送到浇筑地点,需采用一台汽车泵与3台固定泵。 
  3.1.2砼浇筑时应采用“分区定点、一个坡度、循序推进、一次到顶”的浇筑工艺,划定浇筑区域,每台泵车负责本区域的砼浇筑,浇筑时先在一个部位进行,直至达到设计标高,砼形成扇形向前流动,然后在其坡面上继续浇筑,循序推进。这种浇筑方法能较好地适应泵送工艺,使每车砼均浇筑在前一车砼形成的坡面上,确保每层砼之间的浇筑间歇不超过规定的时间,同时可解决频繁移动泵车的问题,也便于浇筑完的部位进行覆盖保温。
  3.1.3砼浇筑应连续进行,间歇时间不得超过3.5h,过时仍不能继续浇筑时,需采取应急措施,即在已浇筑的砼面上插&12短钢筋,长度1m,间距500mm,呈梅花状布置,同时将砼表面用塑料薄膜或草袋覆盖保温,以保证砼表面不受冻。
  3.1.4由于砼坍落度比较大,会在表层钢筋下部产生水分,或在表层钢筋的上部产生细小裂缝。为了防止出现这种裂缝,在砼初凝前采取二次抹面压实措施。 
  3.2砼测温 
  3.2.1基础底板砼浇筑时应设专人配合预埋测温,测温热电偶分别埋置在不同的部位。 
  3.2.2测温工作应连续进行,每4h测一次,持续测温18d及砼强度达到设计强度的要求,并经技术部门同意后方可停止测温。 
  3.2.3测温时发现砼内部最高温度与表面温度之差达到25℃或温度异常时,应及时采取应对措施。 
  3.3砼养护 
  3.3.1砼浇筑及二次抹面压实后应立即覆盖保温,经计算得出先在砼表面覆盖一层塑料薄膜,然后在上面覆盖四层草袋内含二层塑料薄膜,顶上再盖一层塑料薄膜。 
  3.3.2新浇筑的砼水化速度比较快,盖上塑料薄膜后进行保湿养护,防止砼表面因脱水而产生干缩裂缝,同时可避免草袋因吸水受潮降低保温性能。 
  3.3.3柱、墙插筋及后浇带部位是保温的难点,要特别注意盖严,防止造成温差较大或局部受冻。 
  3.4蓄热保温、控制内外温差 
  砼浇筑完成后(终凝前)应对砼进行蓄热保温, 控制砼表面温度,控制降温速率,减少温度梯度(温度梯度控制按JBJ224-91规程规定,砼浇灌承台的降温速度不宜大于1.5℃/d,因砼总体降温缓慢,可充分发挥砼徐变特性降低温度应力),使砼内外温差控制在25℃以内。为达到此目的要及时对砼温度进行测量,随时测量内外温差,以调整覆盖保温材料厚度,当内外温差小于25℃时,可逐步撤除保温层。 
  3.4.1覆盖保温材料厚度计算 
  d=0.5Hλ1(Ta-Tb)K/λ2(Tmax-Ta) 
  d—保温层厚度;H—砼承台厚度(m) 
  λ1—保温材料导热系数(W/HK),草袋取0.055 
  λ2—砼导热系数(W/HK),取2.5;Tmax-砼最高温度 
  Ta—砼表面温度;Tb—大气温度(可按平均气温取值) 
  K—传导系数修正值,取1.0 
  d=0.5×6.9×0.055×(44-5)×1.0/2.5×(69-44)=0.08(m) 
  所以应采用四层塑料薄膜和四层草袋覆盖养护。 
  3.4.2蓄热保温时间计算 
  按砼最高温度69℃计算,砼浇筑后半个月内以日平均温度5℃计算,拆除保温层时间以砼承台中心温度与外界温差小于25℃为标准,则承台中心最高温度应降到25+5=30℃以内。最高温度降温数为69-30=39℃,按日平均降温1.5℃计算,则需要39/1.5=26d,故保温时间不得少于26d,具体应以实测温度计算温差决定。 
  鉴于本工程为150m超高层结构,承台体积大,仅基础大体积砼的工程造价约为700万元左右,又值冬季施工,建设、设计、监理、施工等单位对温控方案十分重视,经过技术可行性方案比较,最后决定选用覆盖蓄热保温法,基本上达到温控目标。■ 
  【参考文献】 
  [1]孟昭光,李智慧,闫海义,吴云霞.冬季混凝土浇筑的热工计算[J].东北水利水电, 1998, (05). 
  [2]迟培云,杨旭,李金波.大体积混凝土的冬季冷法施工技术[J].低温建筑技术, 2000, (03).

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